1. نظرة عامة على حزمة بطارية تخزين الطاقة
بطارية تخزين الطاقة PACK، والمعروفة أيضًا بوحدة البطارية أو حزمة البطارية، هي جهاز يربط عدة بطاريات فردية بطريقة متوازية متسلسلة محددة ومجهزة بأنظمة إدارة مقابلة وإجراءات وقائية لتشكيل وحدة تخزين طاقة مستقلة وقابلة لإعادة الشحن والتفريغ.
في مجال الطاقة المتجددة، مثل توليد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، نظرًا لتقطعها، هناك حاجة إلى بطاريات تخزين الطاقة PACK لتخزين الكهرباء الزائدة لإطلاقها عند الحاجة، مما يضمن إمدادات مستقرة من الكهرباء. وفقا للإحصاءات، مع التطور السريع للطاقة المتجددة، فإن الطلب على بطارية تخزين الطاقة PACK يتزايد باستمرار. على سبيل المثال، في بعض محطات الطاقة الشمسية الكبيرة، يمكن لبطارية تخزين الطاقة PACK تخزين عدة ميجاوات من الكهرباء في الساعة، مما يوفر دعمًا موثوقًا للطاقة للشبكة.
في مجال السيارات الكهربائية، تعد بطارية تخزين الطاقة PACK أحد المكونات الأساسية. فهو يوفر الطاقة للسيارات الكهربائية، ويحدد مداها وأدائها. في الوقت الحاضر، تعد بطاريات الليثيوم أيون الخيار الرئيسي لبطارية تخزين طاقة السيارة الكهربائية PACK، ذات كثافة طاقة عالية ودورة حياة طويلة. على سبيل المثال، تحتوي بعض السيارات الكهربائية المتطورة على بطاريات لتخزين الطاقة بسعة تزيد عن 100 كيلووات في الساعة ومدى يزيد عن 500 كيلومتر.
باختصار، تلعب بطارية تخزين الطاقة PACK دورًا حاسمًا كعنصر رئيسي لتخزين الطاقة وإنتاجها في مجالات مثل الطاقة المتجددة والمركبات الكهربائية. فهو لا يمكنه تحسين كفاءة استخدام الطاقة فحسب، بل يمكنه أيضًا تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري التقليدي، مما يساهم في تحقيق التنمية المستدامة.
2. نقاط التصميم وتحليل الحالة
(1) نقاط التصميم
أ. تصميم مقاوم للانفجار، باستخدام صمامات مقاومة للانفجار PUW لتخفيف الضغط في الوقت المناسب لمنع مخاطر الانفجار.
بمجرد أن تتعرض حزمة بطارية الليثيوم أيون للانفلات الحراري، فإن ضغط الهواء داخل العبوة سيزداد بسرعة، مما يشكل خطر الانفجار. يمكن للصمامات المقاومة للانفجار PUW أن تطلق الضغط بسرعة وسرعة في مثل هذه المواقف. على سبيل المثال، في بعض مشاريع تخزين الطاقة، نجحت مجموعات البطاريات المجهزة بصمامات PUW المقاومة للانفجار في تجنب الانفجارات في حالة الهروب الحراري، مما يضمن سلامة الأفراد والمعدات.
ب. الحفاظ على توازن ضغط الهواء الداخلي والخارجي لضمان سلامة وموثوقية البطارية.
لأن درجة حرارة حزمة البطارية تتغير أثناء عملية الشحن والتفريغ، مما يؤدي إلى تغيرات في ضغط الهواء داخل العبوة. صمام PUW المقاوم للانفجار قابل للتنفس ومقاوم للتسرب، ويحافظ على نفس ضغط الهواء داخل الحقيبة مثل العالم الخارجي. وفقا للإحصاءات، يمكن لحزم البطاريات المصممة بهذه الطريقة أن تقلل بشكل فعال من تدهور الأداء ومخاطر السلامة الناجمة عن التغيرات في ضغط الهواء، وتحسين موثوقية البطاريات وعمر الخدمة.
ج. النظر في تصميم نظام الإدارة لضمان أداء السلامة مثل الشحن الزائد والتفريغ الزائد.
ينبغي النظر في عوامل مثل التجاوز، والإفراط في التفريغ، وارتفاع درجة الحرارة، ودقة الكشف، وتوازن البطارية لضمان سلامة وموثوقية البطارية. يمكن لنظام الإدارة الذي تم تصميمه والتحقق من صحته بشكل معقول من قبل السوق مراقبة حالة البطارية في الوقت الفعلي، واتخاذ التدابير في الوقت المناسب في حالة حدوث مواقف غير طبيعية، وحماية البطارية من التلف. على سبيل المثال، يمكن لبعض أنظمة الإدارة المتقدمة التحكم بدقة في عملية شحن البطاريات وتفريغها، مما يقلل من مخاطر الشحن الزائد والتفريغ الزائد.
د. تصميم الهيكل الميكانيكي مع مراعاة عوامل مثل القوة والمقاومة للزلازل وتبديد الحرارة.
عند تصميم حزمة بطارية تخزين الطاقة، يجب مراعاة عوامل مثل القوة، ومقاومة الصدمات، وتبديد الحرارة/التسخين، والعزل المائي، ومنع الغبار. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي استخدام مواد عالية القوة والتصميم الهيكلي المعقول إلى تحسين القوة الميكانيكية لحزم البطاريات، مما يمكنها من تحمل تأثيرات خارجية معينة؛ تصميم جيد لتبديد الحرارة يمكن أن يقلل بشكل فعال من درجة حرارة البطارية، ويحسن أدائها وعمرها.
ه. تصميم مقاوم للماء وزلزالي لمنع تلف الهيكل الداخلي للبطارية.
بعد نقع خلية بطارية الليثيوم، ستقصر الدائرة الكهربائية للأقطاب الإيجابية والسلبية وتستمر في التفريغ، مما سيؤدي إلى تلف الهيكل الداخلي للبطارية. ولذلك، ينبغي النظر في الأداء المقاوم للماء والغبار عند تصميم حزم البطاريات. وفي الوقت نفسه، ينبغي النظر في الأداء الزلزالي للتكيف مع بيئات الاستخدام المختلفة. على سبيل المثال، في بعض البيئات القاسية مثل المناطق المعرضة للزلازل أو التضاريس الخارجية المعقدة، يكون التصميم المقاوم للماء والزلازل مهمًا بشكل خاص.
و. بنسلفانياالاهتمام بتأثيرات درجة الحرارة وتحسين أداء البطارية وعمرها.
يؤثر عامل "الحرارة" بشكل كبير على التصميم الهيكلي لحزمة البطارية. تعتبر حزم بطاريات تخزين طاقة بطارية ليثيوم أيون حساسة لبيئات درجة الحرارة، ويمكن أن تؤثر درجات الحرارة المرتفعة بشكل خطير على أداء شحن وتفريغ البطارية والعديد من المعلمات المميزة، مثل المقاومة الداخلية، والجهد، وSOC، والسعة المتاحة، وكفاءة الشحن والتفريغ، وعمر البطارية. . من خلال تصميم الإدارة الحرارية المعقول، مثل استخدام تقنية التبريد السائل أو تبريد الهواء، يمكن التحكم في درجة حرارة البطارية بشكل فعال، ويمكن تحسين أداء البطارية وعمرها.
ز. اختيار المواد لضمان أداء عزل الجهد العالي والقوة الهيكلية.
تعد مقاومة عزل الجهد العالي أحد أهم المتطلبات الفنية لتصميم هيكل حزمة البطارية. بشكل عام، يمكن استخدام النايلون ذو القوة العالية واللدونة كمواد خام، ويمكن إضافة 5٪ إلى 45٪ من الألياف الزجاجية إلى المادة لتقوية GF، والتي يمكن أن تحسن القوة الهيكلية ومقاومة الاهتزاز. يمكن أن يضمن اختيار المواد هذا التشغيل الآمن لحزمة البطارية تحت الجهد العالي، مع تحسين قوتها الهيكلية ومقاومتها للاهتزاز.
(2) حالة التصميم
أ. ديسقم بإضاءة حالة لوحة التبريد السائل، وقم بتحليل الخصائص والاختيار الرئيسي للأنواع المختلفة من ألواح التبريد السائل.
تعد اللوحة المبردة بالسائل مكونًا مهمًا للإدارة الحرارية لحزمة بطارية تخزين الطاقة. الأنواع المختلفة من الألواح المبردة بالسائل لها خصائص مختلفة. على سبيل المثال، تتمتع بعض الألواح المبردة بالسائل بأداء فعال في تبديد الحرارة، لكن التكلفة مرتفعة نسبيًا؛ بعض الألواح المبردة بالسائل لها تكاليف أقل، لكن أداء تبديد الحرارة الخاص بها ضعيف نسبيًا. عند اختيار لوحة تبريد سائلة، فمن الضروري النظر بشكل شامل في عوامل مثل أداء تبديد الحرارة، والتكلفة، والموثوقية. على سبيل المثال، في بعض سيناريوهات التطبيق التي تتطلب أداءً عاليًا لتبديد الحرارة، يمكن اختيار الألواح المبردة بالسائل ذات أداء أفضل لتبديد الحرارة؛ في بعض سيناريوهات التطبيق ذات متطلبات التكلفة العالية، يمكن اختيار الألواح المبردة بالسائل منخفضة التكلفة.
ب. وحدة تخزين الطاقة من LG وتحليل تصميم العبوات، واستكشاف مزاياها من مجموعة المنتجات والتصميم الهيكلي والجوانب الأخرى.
تتمتع وحدة تخزين الطاقة وتصميم العبوة من LG بالعديد من المزايا. من منظور مجموعة المنتجات، تنقسم خلايا بطارية LG إلى نوع الطاقة ونوع الطاقة استنادًا إلى معدلات تفريغ الطاقة المستدامة المختلفة، مما يلبي احتياجات التطبيقات المختلفة. فيما يتعلق بالتصميم الهيكلي، تتبنى LG مجموعة موحدة من الوحدات الصغيرة والكبيرة، والتي يتم بعد ذلك تجميعها معًا. في مجال الاهتزازات غير عالية الكثافة، يتم توجيه هيكل الوحدات في الاتجاه الطولي، استنادًا إلى الهيكل الأساسي لـ CMA، ويتم تكديس عدة وحدات لتشكيل هيكل وحدة طويل وكبير. يتمتع هذا التصميم بقابلية التوسع والمرونة الجيدة، ويمكنه التكيف مع متطلبات أنظمة تخزين الطاقة المختلفة.
ج. حساب المحاكاة والأبحاث التجريبية حول التصميم الحراري لحزم بطاريات تخزين الطاقة الجديدة، مع توضيح تحليل المعلمات الرئيسية ونتائج البحث.
يعد حساب المحاكاة والبحث التجريبي حول التصميم الحراري لحزم بطاريات تخزين الطاقة الجديدة ذا أهمية كبيرة لتحسين أداء وموثوقية بطاريات تخزين الطاقة. من خلال حسابات المحاكاة، يمكن تحليل تأثير استراتيجيات الإدارة الحرارية المختلفة على توزيع درجة حرارة البطارية وأدائها، مما يوفر الدعم النظري للتصميم الحراري. وفي الوقت نفسه، من خلال البحث التجريبي، يمكن التحقق من دقة وفعالية نموذج المحاكاة، ويمكن اقتراح مخططات التصميم الحراري الأمثل. على سبيل المثال، أجرت بعض الدراسات مناقشات متعمقة حول التصميم الحراري لحزم بطاريات الليثيوم في أنظمة تخزين الطاقة من خلال مزيج من حسابات المحاكاة والأبحاث التجريبية. تم اقتراح طريقة تصميم حراري متعددة الأهداف تعتمد على التحسين، والتي تأخذ في الاعتبار بشكل شامل عوامل مثل أداء البطارية والسلامة والاقتصاد من أجل التحسين، وحققت نتائج بحثية جيدة.
3. التكوين والمعايير الفنية
(1) المكون
أ. بطارية أحادية الخلية، مسؤولة عن تخزين الطاقة وإطلاقها.
تشتمل البطاريات أحادية الخلية شائعة الاستخدام حاليًا على بطاريات أيون الليثيوم وبطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات هيدروجين النيكل وما إلى ذلك. تلعب بطاريات الليثيوم أيون دورًا مهمًا في حزم بطاريات تخزين الطاقة نظرًا لكثافة الطاقة العالية ودورة الحياة الطويلة. على سبيل المثال، في بعض حزم بطاريات تخزين طاقة المركبات الكهربائية المتطورة، يمكن لبطاريات الليثيوم أيون توفير دعم قوي للطاقة بسعة تصل إلى عدة مئات من الأمبيرات في الساعة. على الرغم من أن بطاريات الرصاص الحمضية لديها كثافة طاقة منخفضة نسبيًا، إلا أن تكلفتها منخفضة ولا تزال تستخدم على نطاق واسع في بعض سيناريوهات التطبيقات الحساسة من حيث التكلفة. تتمتع بطاريات النيكل الهيدروجينية بأداء جيد في الشحن والتفريغ والسلامة، كما أنها تتمتع بحصة سوقية معينة في بعض مجالات تخزين الطاقة.
ب. نظام إدارة البطارية ومراقبة حالة البطارية وحماية سلامة البطارية.
يعد نظام إدارة البطارية (BMS) أحد المكونات الأساسية لحزمة بطارية تخزين الطاقة. إنه يحقق تحكمًا دقيقًا في حالة البطارية عن طريق قياس المعلمات مثل الجهد والتيار ودرجة الحرارة. يمكن لـ BMS مراقبة حالة الشحن والتفريغ للبطاريات في الوقت الفعلي لمنع حدوث الشحن الزائد والتفريغ الزائد والتيار الزائد وغيرها من المواقف. على سبيل المثال، عندما يقترب مستوى البطارية من الامتلاء، سيقوم نظام إدارة المباني تلقائيًا بتقليل تيار الشحن لتجنب الشحن الزائد؛ عندما يكون مستوى البطارية منخفضًا جدًا، سيصدر نظام إدارة المباني إنذارًا لتذكير المستخدم بشحنها في الوقت المناسب. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لنظام إدارة المباني أيضًا تحقيق التوازن بين إدارة البطاريات، مما يضمن بقاء طاقة كل بطارية على حدة متسقة، وتحسين الأداء العام وعمر البطارية.
ج. نظام الإدارة الحرارية للحفاظ على نطاق درجة حرارة مناسب.
يعد نظام الإدارة الحرارية مسؤولاً عن الحفاظ على بطارية تخزين الطاقة PACK ضمن نطاق درجة حرارة مناسب لمنع تلف البطارية بسبب ارتفاع درجة الحرارة. تشمل طرق الإدارة الحرارية الشائعة تبريد الهواء، والتبريد السائل، وما إلى ذلك. يقوم نظام تبريد الهواء بنفخ الهواء فوق سطح البطارية من خلال مروحة، مما يؤدي إلى التخلص من الحرارة. يعمل نظام التبريد السائل على خفض درجة حرارة البطارية عن طريق تدوير سائل التبريد. على سبيل المثال، في بعض أنظمة تخزين الطاقة عالية الطاقة، يمكن لأنظمة التبريد السائلة التحكم بشكل أكثر فعالية في درجة حرارة البطارية، وتحسين استقرار النظام وموثوقيته. بشكل عام، يجب أن يكون فرق درجة حرارة النظام أقل من أو يساوي 5 درجات لضمان استقرار أداء البطارية.
د. النظام الكهربائي، المسؤول عن نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية.
يشمل النظام الكهربائي الأسلاك والكابلات والموصلات وما إلى ذلك التي تربط المكونات مثل البطاريات وأنظمة إدارة المباني وأنظمة الإدارة الحرارية المسؤولة عن نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية. يمكن اعتبار مجموعة الأسلاك ذات الجهد العالي بمثابة "الشريان الرئيسي" لحزمة البطارية، حيث تقوم بتوصيل طاقة البطارية بشكل مستمر إلى الحمل النهائي؛ يمكن النظر إلى مجموعة الأسلاك ذات الجهد المنخفض على أنها "الشبكة العصبية" لحزمة البطارية، والتي تنقل إشارات الكشف والتحكم في الوقت الفعلي. يحتاج تصميم الأنظمة الكهربائية إلى مراعاة عوامل مثل حجم التيار ومستوى الجهد وأداء العزل لضمان النقل الآمن للطاقة الكهربائية.
ه. صندوق وقوس لحماية المكونات الداخلية.
يتم استخدام الصندوق والقوس لاستيعاب وحماية جميع المكونات داخل حزمة بطارية تخزين الطاقة، مما يمنع التدخل والضرر البيئي الخارجي. عادة ما يكون الصندوق مصنوعًا من مواد عالية القوة، والتي تتمتع بمقاومة جيدة للصدمات، ومقاومة للاهتزاز، وأداء مقاوم للماء والغبار. يلعب الدعامة دورًا في دعم وإصلاح المكونات الداخلية لحزمة البطارية، مما يضمن بقاء حزمة البطارية مستقرة في بيئات الاستخدام المختلفة.
(2) المعلمة الفنية
أ. السعة، قياس القدرة على تخزين الطاقة الكهربائية.
تعد السعة مؤشرًا مهمًا لقياس سعة تخزين الطاقة لبطارية تخزين الطاقة PACK، والتي يتم قياسها عادةً بالأمبير ساعة (Ah) أو كيلووات ساعة (kWh). كلما زادت السعة، زادت الطاقة التي يمكن لبطارية تخزين الطاقة تخزينها. على سبيل المثال، يمكن لبطارية تخزين الطاقة بقدرة 100 كيلووات في الساعة أن توفر عدة أيام من إمدادات الكهرباء للأسرة. في التطبيقات العملية، من الضروري اختيار السعة المناسبة لبطارية تخزين الطاقة PACK وفقًا للاحتياجات المختلفة.
ب. كثافة الطاقة، مما يعكس مزايا وعيوب الأداء.
تشير كثافة الطاقة إلى كمية الطاقة الكهربائية التي يمكن تخزينها لكل وحدة كتلة أو وحدة حجم لبطارية تخزين الطاقة PACK، ويتم قياسها عادةً بالواط ساعة لكل كيلوغرام (Wh/kg) أو واط ساعة لكل لتر (Wh/L). كلما زادت كثافة الطاقة، كان أداء بطارية تخزين الطاقة أفضل. في الوقت الحاضر، كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم أيون مرتفعة نسبيًا، على سبيل المثال، يمكن أن تصل كثافة الطاقة لبعض بطاريات الليثيوم أيون المتطورة إلى أكثر من 200 وات ساعة/كجم. يمكن أن يؤدي تحسين كثافة الطاقة إلى تقليل حجم ووزن مجموعات بطاريات تخزين الطاقة، مما يعزز قابليتها للنقل وقابلية التطبيق.
ج. تحدد كفاءة الشحن والتفريغ كفاءة تحويل الطاقة.
تشير كفاءة الشحن والتفريغ إلى كفاءة تحويل الطاقة أثناء عملية الشحن والتفريغ لبطارية تخزين الطاقة PACK، وعادةً ما يتم التعبير عنها كنسبة مئوية. كلما زادت كفاءة الشحن والتفريغ، زاد معدل استخدام الطاقة في حزمة بطارية تخزين الطاقة. بشكل عام، يمكن أن تصل كفاءة الشحن والتفريغ لبطاريات الليثيوم أيون إلى أكثر من 90%. يمكن أن يؤدي تحسين كفاءة الشحن والتفريغ إلى تقليل فقدان الطاقة وخفض تكاليف الاستخدام.
د. دورة الحياة، مما يعكس عمر الخدمة.
يشير عمر الدورة إلى عدد المرات التي تستطيع فيها بطارية تخزين الطاقة PACK الحفاظ على أداء معين أثناء دورات الشحن والتفريغ. كلما زاد عمر الدورة، زاد عمر خدمة حزمة بطارية تخزين الطاقة. على سبيل المثال، يمكن أن يصل عمر دورة بعض بطاريات تخزين طاقة الليثيوم أيون عالية الجودة إلى آلاف أو حتى عشرات الآلاف من المرات. في التطبيقات العملية، من الضروري اختيار مجموعات بطاريات تخزين الطاقة ذات دورة الحياة المناسبة وفقًا لسيناريوهات الاستخدام ومتطلباته المختلفة.
ه. السلامة، بما في ذلك تدابير الحماية المختلفة وأنظمة الإدارة الحرارية.
تعد السلامة أحد المؤشرات الفنية المهمة لبطارية تخزين الطاقة PACK، بما في ذلك تدابير الحماية ضد الشحن الزائد، والتفريغ الزائد، والتيار الزائد، والدوائر القصيرة، بالإضافة إلى أنظمة الإدارة الحرارية. يمكن أن تضمن السلامة الجيدة موثوقية واستقرار بطارية تخزين الطاقة PACK أثناء الاستخدام. على سبيل المثال، يمكن لجهاز إطفاء الحريق المشبع بالفلوروهكسان أن يمنع انتشار الحريق بسرعة في حالة نشوب حريق في حزمة بطارية PACK، مما يوفر حماية قوية لسلامة مجموعة بطارية PACK. وفي الوقت نفسه، يمكن لنظام الإدارة الحرارية أن يمنع بشكل فعال حوادث السلامة الناجمة عن ارتفاع درجة حرارة البطارية.
4. عملية التصميم وطرق التحليل
(1) عملية التصميم
أ. حدد خلايا البطارية وقم بتصنيفها لضمان الأداء المتسق.
في عملية تصميم حزمة بطارية تخزين الطاقة، يعد اختيار خلايا البطارية وتصنيفها خطوات أولى حاسمة. أولاً، من الضروري اختيار خلايا بطارية الليثيوم المناسبة من موردين موثوقين. بالنسبة لبعض تطبيقات تخزين الطاقة المتطورة، يمكن اختيار خلايا بطارية ليثيوم أيون ذات كثافة طاقة عالية ودورة حياة طويلة. في عملية الاختيار، يجب إجراء اختبارات صارمة على معلمات أداء خلايا البطارية، بما في ذلك السعة والمقاومة الداخلية والجهد وما إلى ذلك. وفقًا للإحصاءات، من خلال اختبار وتصنيف عدد كبير من خلايا البطارية، يمكن تحقيق اتساق الأداء والجودة التأكد من أن تكون أكثر من 98%. بعد التصنيف، يمكن تخزين خلايا البطارية وفقًا لمستويات أداء مختلفة للتحضير لأعمال التجميع اللاحقة.
ب. قم بتجميع خلايا البطارية باستخدام طرق الاتصال المناسبة.
تجميع خلايا البطارية هو عملية دمج خلايا بطارية متعددة وفقًا لمتطلبات التصميم. في هذه المرحلة، يجب استخدام طرق اتصال فعالة مثل اللحام أو العقص. تتميز طريقة اللحام بمزايا التوصيل الثابت والمقاومة المنخفضة، ولكنها صعبة التشغيل وتتطلب متطلبات عملية عالية. طريقة العقص بسيطة نسبيًا، لكن استقرار الاتصال قد يكون أقل قليلاً. على سبيل المثال، في بعض إنتاج PACK لبطاريات تخزين الطاقة على نطاق واسع، يمكن استخدام تقنية اللحام بالليزر لتوصيل خلايا البطارية معًا. تتميز طريقة اللحام هذه بمزايا كثافة الطاقة العالية، وتشوه اللحام الصغير، والمنطقة الصغيرة المتأثرة بالحرارة، والتي يمكن أن تحسن بشكل فعال دقة قطعة العمل، وتجعل اللحام سلسًا، وخاليًا من الشوائب، وموحدًا وكثيفًا، كما تحقق اللحام بين المواد المختلفة. ، تلبية احتياجات اللحام للمواد المختلفة. من خلال اختيار طريقة اتصال معقولة، يمكن ضمان اتصالات موثوقة بين خلايا البطارية، مما يوفر ضمانات لأداء حزمة بطارية تخزين الطاقة.
ج. تكامل نظام إدارة البطارية لتحقيق وظائف المراقبة والحماية.
يعد نظام إدارة البطارية (BMS) أحد المكونات الأساسية لبطارية تخزين الطاقة PACK، ويعد تكامله أمرًا ضروريًا لتحقيق وظائف المراقبة والتوازن والحماية لخلايا البطارية. عند دمج BMS، من الضروري توصيله بدقة وتصحيحه بخلية البطارية. يمكن لـ BMS مراقبة الجهد والتيار ودرجة الحرارة والمعلمات الأخرى لخلايا البطارية في الوقت الفعلي. من خلال تحليل هذه المعلمات، يمكن تحقيق التحكم في الشحن والتفريغ وإدارة التوازن وتشخيص أخطاء البطارية. على سبيل المثال، عندما يكون جهد خلية البطارية مرتفعًا جدًا أو منخفضًا جدًا، يمكن لنظام إدارة المباني (BMS) ضبط تيار الشحن والتفريغ تلقائيًا لمنع الشحن الزائد أو التفريغ الزائد؛ عندما تكون درجة حرارة خلية البطارية مرتفعة جدًا، يمكن لنظام إدارة المباني تنشيط نظام التبريد لتقليل درجة حرارة البطارية وضمان التشغيل الآمن للبطارية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لنظام إدارة المباني (BMS) أيضًا تبادل البيانات مع الأجهزة الخارجية من خلال واجهات الاتصال لتحقيق المراقبة عن بعد وإدارة حزمة بطارية تخزين الطاقة.
د. يوفر تغليف القشرة السلامة وحماية تبديد الحرارة.
تغليف الغلاف هو عملية تركيب حزمة بطارية داخل غلاف لضمان السلامة والاستقرار، فضلاً عن توفير وظائف تبديد الحرارة والحماية. يجب أن يأخذ اختيار الغلاف في الاعتبار عوامل متعددة، بما في ذلك قوة المادة، وأداء تبديد الحرارة، والقدرة على مقاومة الماء والغبار، وما إلى ذلك. على سبيل المثال، قد تستخدم بعض حزم بطاريات تخزين الطاقة عالية الأداء أغلفة سبائك الألومنيوم، التي تتمتع بمزايا مثل القوة العالية وخفيفة الوزن وأداء جيد في تبديد الحرارة. أثناء عملية تغليف الغلاف، من الضروري أيضًا ضمان التثبيت الآمن بين حزمة البطارية والغلاف لمنع الارتخاء أو الإزاحة أثناء الاستخدام. في الوقت نفسه، يحتاج الغلاف أيضًا إلى تصميم جيد لتبديد الحرارة، والذي يمكنه تبديد الحرارة الناتجة عن حزمة البطارية في الوقت المناسب من خلال زعانف تبديد الحرارة، وفتحات التهوية، وما إلى ذلك، لضمان درجة حرارة العمل للبطارية. البطارية ضمن النطاق الآمن. بالإضافة إلى ذلك، يحتاج الغلاف أيضًا إلى بعض القدرات المقاومة للماء والغبار لحماية مجموعة البطارية من التأثيرات البيئية الخارجية.
ه. إجراء الاختبار الشامل ومراقبة الجودة لضمان أداء المنتج.
يعد الاختبار الشامل ومراقبة الجودة الخطوة الأخيرة في عملية تصميم حزمة بطارية تخزين الطاقة، كما أنها روابط رئيسية لضمان أداء المنتج. في هذه المرحلة، من الضروري إجراء اختبار شامل على حزمة الوحدات المجمعة، بما في ذلك اختبار الأداء واختبار القدرة واختبار دورة الحياة واختبار الأمان. يتضمن اختبار الأداء بشكل أساسي اختبار المعلمات مثل كفاءة الشحن والتفريغ، وزمن الاستجابة، وما إلى ذلك؛ يقيس اختبار السعة السعة الفعلية للبطارية عن طريق شحنها وتفريغها؛ يحاكي اختبار دورة الحياة دورات الشحن والتفريغ للبطارية في الاستخدام الفعلي لتقييم أداء عمرها الافتراضي؛ تتضمن اختبارات السلامة الشحن الزائد والتفريغ الزائد والدائرة القصيرة والصدمات وغيرها من الاختبارات للتأكد من أن البطارية لا تزال تعمل بأمان في ظل مختلف الظروف القاسية. من خلال الاختبارات الصارمة ومراقبة الجودة، يمكن ضمان أداء وجودة بطارية تخزين الطاقة PACK لتلبية متطلبات التصميم، مما يوفر للمستخدمين حلولًا موثوقة لتخزين الطاقة.
(2) طريقة التحليل
أ. تفسير تعريف PACK وفهم جوهرها الفني.
بطارية ليثيوم أيون PACK، والمعروفة أيضًا باسم وحدة البطارية، هي عملية تصنيع لبطاريات الليثيوم أيون، مما يعني التعبئة والتغليف والتغليف والتجميع. يشير إلى توصيل مجموعات متعددة من خلايا الليثيوم أيون المفردة في سلسلة والنظر في مشكلات مثل القوة الميكانيكية للنظام، والإدارة الحرارية، ومطابقة BMS، وما إلى ذلك. وتنعكس تقنياتها المهمة في التصميم الهيكلي العام، والتحكم في عملية اللحام والمعالجة، ومستوى الحماية. ونظام الإدارة الحرارية النشطة، وجوانب أخرى. على سبيل المثال، توصيل بطاريتين على التوالي أو بالتوازي لتكوين شكل محدد وفقًا لمتطلبات العميل يسمى PACK. من خلال تفسير تعريف PACK، يمكن توضيح أن جوهرها التقني يكمن في الجمع والتعبئة المعقولة للبطاريات الفردية المتعددة لتلبية احتياجات التطبيقات المختلفة.
ب. تحليل تكوين PACK وفهم أدوار كل جزء.
تتكون حزمة البطارية بشكل أساسي من وحدات البطارية الفردية، والأنظمة الكهربائية، وأنظمة الإدارة الحرارية، والمرفقات، ونظام إدارة المباني. وحدة البطارية الواحدة عبارة عن وحدة تخزين وإطلاق للطاقة الكهربائية، تعادل "قلب" جسم الإنسان؛ النظام الكهربائي هو المسؤول عن نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية، بأحزمة الجهد العالي مثل "الأوعية الدموية الشريانية" وأحزمة الجهد المنخفض مثل "الشبكات العصبية"؛ يحافظ نظام الإدارة الحرارية على عمل البطارية ضمن نطاق درجة حرارة مناسب، مثل تركيب "مكيف هواء" على البطارية؛ يلعب الصندوق والقوس دورًا في دعم ومقاومة التأثير الميكانيكي والاهتزاز الميكانيكي وحماية البيئة، على غرار "عظام" جسم الإنسان؛ BMS هو "عقل" البطارية، وهو المسؤول عن مراقبة حالة البطارية، وإدارة عملية الشحن والتفريغ، وحماية البطارية من التلف مثل الشحن الزائد، والتفريغ الزائد، والتيار الزائد. من خلال تحليل تركيبة PACK، يمكننا الحصول على فهم أعمق لأدوار كل مكون، مما يوفر أساسًا لتصميم وتحسين بطارية تخزين الطاقة PACK.
ج. استكشاف خصائص PACK وتوضيح المتطلبات الفنية.
تتطلب حزمة بطارية الليثيوم PACK أن تتمتع البطارية بدرجة عالية من الاتساق (السعة، والمقاومة الداخلية، والجهد، ومنحنى التفريغ، والعمر)، مع دورة حياة أقل من عمر بطارية واحدة. يجب استخدامه في ظروف محدودة، وحمايته بعد القولبة، ومراقبته لتوازن الشحن، ودرجة الحرارة، والجهد، والتيار الزائد. يجب أن تلبي متطلبات الجهد والسعة للتصميم. على سبيل المثال، في التطبيقات العملية، يلزم التحكم الصارم والتحسين في اختيار خلايا البطارية، وعمليات التجميع، وتصميم نظام إدارة المباني، والجوانب الأخرى لتلبية هذه الخصائص والمتطلبات الفنية. من خلال استكشاف خصائص PACK، يمكن توضيح المتطلبات الفنية في عملية التصميم لضمان أداء وجودة بطارية تخزين الطاقة PACK.
د. تقديم طريقة PACK، بما في ذلك التركيب المتوازي التسلسلي واختيار العملية.
تتكون وحدة البطارية من خلايا فردية متصلة على التوالي. يعمل التوصيل المتوازي على زيادة السعة دون تغيير الجهد، بينما يعمل التوصيل المتسلسل على مضاعفة الجهد دون تغيير السعة. عند اختيار خلايا البطارية، يجب أن تكون هناك أنواع وموديلات متسقة، مع وجود اختلافات في السعة والمقاومة الداخلية وقيم الجهد لا تتجاوز 2%. تشمل العمليات الرئيسية لـ PACK اللحام بالليزر واللحام بالموجات فوق الصوتية واللحام النبضي والاتصال بصفائح معدنية مرنة. مع الأخذ في الاعتبار إنتاجية الإنتاج والكفاءة والمقاومة الداخلية لنقاط الاتصال، يعد اللحام بالليزر حاليًا الخيار المفضل للعديد من الشركات المصنعة للبطاريات. على سبيل المثال، إذا تم توصيل 15 خلية بجهد 3.2 فولت على التوالي، فسيكون 48 فولت، وهو ما يسمى تعزيز السلسلة؛ خلية البطارية بسعة 50 أمبير، عند توصيلها على التوازي، تحتوي على 100 أمبير، وهو ما يسمى التمدد المتوازي. من خلال تقديم طريقة PACK، يمكن توفير حلول تقنية محددة واختيارات عملية لتصميم بطارية تخزين الطاقة PACK.
ه. فهم المعايير الفنية لـ PACK ومؤشرات أداء المنتج الرئيسية.
طريقة الجمع: 1P24S يمثل 24 سلسلة و1 موازية، مع مضاعفة الجهد بعد توصيل السلسلة. الجهد المقنن هو 3.2 * 24=76.8V. تشير السعة المقدرة إلى قدرة البطارية التي يمكنها العمل بشكل مستمر لفترة طويلة في ظل ظروف العمل المقدرة، والتي يتم قياسها بساعات الأمبير (Ah). وهو حاصل ضرب تيار التفريغ بالساعات الأمبيرية (A) وزمن التفريغ بالساعات (h). على سبيل المثال، 280Ah يمثل التفريغ بمعدل أقصى قدره 0.5 درجة مئوية لمدة ساعتين. الطاقة المقدرة=السعة الاسمية (Ah) * الجهد الاسمي (V). تشير كفاءة الشحن والتفريغ إلى كفاءة تحويل الطاقة أثناء عملية الشحن والتفريغ لبطارية تخزين الطاقة PACK، وعادةً ما يتم التعبير عنها كنسبة مئوية. يشير عمر الدورة إلى عدد المرات التي تستطيع فيها بطارية تخزين الطاقة PACK الحفاظ على أداء معين أثناء دورات الشحن والتفريغ. تشمل تدابير السلامة الحماية ضد الشحن الزائد، والتفريغ الزائد، والتيار الزائد، والدوائر القصيرة، بالإضافة إلى أنظمة الإدارة الحرارية. من خلال فهم المعلمات التقنية لـ PACK، يمكن للمرء فهم مؤشرات أداء المنتج وتوفير مرجع لاختيار وتطبيق بطارية تخزين الطاقة PACK.